(57)【要約】【課題】加熱ローラ表面の磨耗を低減し、なおかつローラ表面の熱応答性を向上させ、耐久性及び性能の高い加熱ローラを提供する事を課題とする。【解決手段】記録媒体１ｈを搬送するためのベルト１ｊを張架してなる加熱ローラ１ｄにおいて、前記加熱ローラ１ｄはアルミニウム製の芯金を有し、前記芯金厚さは０．８ｍｍ以下であって、前記加熱ローラ１ｄ表面はアルマイト皮膜２ａを有し、該アルマイト皮膜２ａの厚みが１０〜５０μｍであることを特徴とする加熱ローラ１ｄである。【選択図】図２
2006146032.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録媒体を搬送するためのベルトを張架してなる加熱ローラにおいて、
前記加熱ローラは、アルミニウム製の芯金を有し、前記芯金厚さは０．８ｍｍ以下であって、
前記加熱ローラ表面は、アルマイト皮膜を有する
ことを特徴とする加熱ローラ。
【請求項２】
請求項１に記載の加熱ローラにおいて、
前記アルマイト皮膜の厚みは、１０〜５０μｍである
ことを特徴とする加熱ローラ。
【請求項３】
記録媒体を搬送するためのベルトと、前記ベルトを張架しなる定着ローラと、加熱ローラと、前記ベルトを介して前記定着ローラを押圧する加圧回転体とを備え、
前記ベルトと前記加圧回転体の間に記録媒体を通過させ、該記録媒体上に転写されたトナー像を定着させる定着装置において、
前記定着装置は、請求項１又は２に記載の加熱ローラを備える
ことを特徴とする定着装置。
【請求項４】
請求項３に記載の定着装置において、
前記定着装置は、前記ベルト外表面に接触し、該ベルト面を押圧するテンションローラを備える
ことを特徴とする定着装置。
【請求項５】
潜像を担持する潜像担持体と、該潜像担持体表面に均一に帯電を施す帯電手段と、帯電した該潜像担持体の表面に画像データに基づいて露光し、静電潜像を書き込む露光手段と、該潜像担持体表面に形成された静電潜像にトナーを供給し、可視像化する現像手段と、該潜像担持体表面の可視像を記録部材に転写する転写手段と、記録部材上の可視像を定着させる定着手段と、を備える画像形成装置において、
前記定着手段は、請求項３又は４に記載の定着装置である
ことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンター等の静電複写プロセスの画像形成に用いられるベルト定着用加熱ローラに関するものであり、更にはこれを備える定着装置、画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子写真方式を利用した画像形成装置においては、例えば像担持体である感光ドラムの表面に静電潜像を形成し、感光ドラム上の静電潜像を、現像剤であるトナー等によって現像して可視像化し、現像されたトナー像を転写装置により記録媒体（以下、記録紙と示す。）に転写し、記録紙上に転写されたトナー像を定着装置によって圧力や熱等を用いて定着して、排紙経路を通ってこの記録紙を装置外に排出している。
上記画像形成装置に備えられる定着装置には、対向するローラ、ベルト、もしくはそれらの組み合わせによりなる定着回転体が配置されており、これが搬送されてきた記録紙を挟みこんで、熱および圧力を加えて上記トナー像を記録紙上に定着している。
定着回転体としては、例えば加熱手段である加熱ヒータを内包した定着ベルトと、定着ベルトに当接する加圧ローラが配置されたものが使用されている（図１参照）。定着装置に到達したトナー転写済みの記録紙は、定着ベルトと加圧ローラのニップ部に入り、記録紙が定着ニップを通過する過程で、転写されたトナー像が加熱および加圧され定着する。
【０００３】
従来より使用されている、上記のようなベルトを使用した定着回転体を備えた定着装置においては、当該ベルトに慣性が発生し、ベルトを支持するローラに対してベルトが独立して移動する場合がある。この場合、ローラに硬度が低い面が存在すると、ローラとベルトとの接触面において、摩擦抵抗によりこの硬度が低い側の面が摩耗し、磨耗粉が発生することがある。この磨耗紛がベルトと加熱ローラの間に入ると、熱の伝わりが悪くなり、温度制御が安定しなくなって画像の光沢ムラが発生するといった不具合が起こることがあった。
【０００４】
上記のような不具合を解決するために、ベルトを張架する加熱ローラにおいて、その表面硬度を硬くし、また表面の摩擦係数を低減する事を目的として、加熱ローラ表面にフッ素樹脂をコーティングするものが知られている（特許文献１参照。）
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載のように、加熱ローラ表面にフッ素樹脂コーティングを施した場合、フッ素樹脂は熱伝導性が悪いため、これを表面処理することにより加熱ローラの熱への応答性が悪化するという問題が生じてくる。
また、特許文献２では、肉厚１．７５ｍｍのアルミパイプ芯金をアルマイト処理した表面加熱ローラが開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−８４６０４号公報
【特許文献２】特許２７１３６９８号公報
【特許文献３】特開２００１−２４２７３２号公報
【特許文献４】特開２００１−１３８０５号公報
【特許文献５】特開２００１−６６９３３号公報
【特許文献６】特開２００２−１７４９８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記のように、アルマイト処理を施した場合の問題点として、該アルマイト層が加熱時に変形し、ローラ形状としての振れが大きくなってしまうということがある。これにより、ベルトとの加熱ローラとの密着力が不安定になるため、ベルト表面までの熱の伝わり方にばらつきが現れ、熱応答性が悪化する。
そこで本発明は上記事情に鑑み、加熱ローラ表面の磨耗を低減し、なおかつローラ表面の熱応答性を向上させ、耐久性及び性能の高い加熱ローラを提供する事を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するための手段である本発明の特徴を以下に挙げる。
１．記録媒体を搬送するためのベルトを張架してなる加熱ローラにおいて、アルミニウム製の芯金を有し、前記芯金厚さは０．８ｍｍ以下であって、前記加熱ローラ表面は、アルマイト皮膜を有することを特徴とする加熱ローラである。
２．また、本発明の加熱ローラは、１．に記載の発明において、前記アルマイト皮膜の厚みは、１０〜５０μｍであることを特徴とする。
【０００９】
３．また、本発明の定着装置は、記録媒体を搬送するためのベルトと、前記ベルトを張架しなる定着ローラと、加熱ローラと、前記ベルトを介して前記定着ローラを押圧する加圧回転体とを備え、前記ベルトと前記加圧回転体の間に記録媒体を通過させ、該記録媒体上に転写されたトナー像を定着させる定着装置であって、１．又は２．に記載の加熱ローラを備えることを特徴とする。
４．また、本発明の定着装置は、３．に記載の発明において、前記ベルト外表面に接触し、ベルト面を押圧するテンションローラを備えることを特徴とする。
【００１０】
５．また、本発明の画像形成装置は、潜像を担持する潜像担持体と、該潜像担持体表面に均一に帯電を施す帯電手段と、帯電した該潜像担持体の表面に画像データに基づいて露光し、静電潜像を書き込む露光手段と、該潜像担持体表面に形成された静電潜像にトナーを供給し、可視像化する現像手段と、該潜像担持体表面の可視像を記録部材に転写する転写手段と、記録部材上の可視像を定着させる定着手段と、を備える画像形成装置において、  前記定着手段は、３．又は４．に記載の定着装置であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
上記課題を解決するための手段により、本発明、ベルトとの接触による摩耗が防止され、かつ熱応答性の高い加熱ローラを提供することができる。また、このような加熱ローラを備えることで、温度ムラ等の不具合が生じることなく、また定着性や光沢度の安定した画像を提供できる定着装置、及び画像形成装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下図面に基づき、本発明の詳細な構成を説明する。
図１は、本発明の定着装置１の構成を示す概略図である。
本発明において使用する定着装置１は、定着装置１内にベルトを張架する加熱ローラ１ｄを有するものであれば全て適用可能であるが、以下には、対向するローラとベルトに温度検知手段（サーミスタ）１ｋが当接している場合を例に説明する。
加圧ローラ１ａは、アルミ又は鉄等の芯金上に、シリコンゴムなどの弾性層を設けてなり、表層にはＰＦＡやＰＴＦＥの離型層を設けている。また、定着ベルト１ｊは、ニッケル、ポリイミドなどの基材にＰＦＡやＰＴＦＥなどの離型層を有するもの、または、その中間にシリコンゴムなどの弾性層を設けたもので構成されている。また、定着ベルト１ｊは、定着ローラ１ｂ及び加熱ローラ１ｄに掛け渡されており、外部から、テンションローラ１ｇにより適切な張力に保たれている。
【００１３】
上述の定着ローラ１ｂは、金属の芯金にシリコンゴムを有したものである。また、本発明の主要部である加熱ローラ１ｄは、アルミ、又は、鉄の中空ローラであり、内部にハロゲンヒータ等の熱源１ｆを有していても良い。本実施例では、該中空ローラの芯金をアルミ製としている。
また、熱源１ｆとしては、本実施例ではハロゲンヒータを用いて被加熱部材を加熱しているが、例えば特許文献３又は特許文献４に記載されているように、誘導加熱方式を用いて被加熱部材を加熱する構成としても良い。
またさらに、本実施例では加熱回動部材として加熱ローラ１ｄを用いているが、例えば特許文献５に記載されているような、無端帯状の部材を用いることとしても良い。
なお、本実施例では、加熱源１ｆへの電力供給は商用電源から行っているが、他の形態として、補助電源を設け、当該補助電源から電力供給する構成とすることも可能である。この補助電源としては、例えば特許文献６に開示されているような、電気２重層コンデンサ（電気化学キャパシタ）を利用するのが好ましい。
【００１４】
また、テンションローラ１ｇは、定着ベルト１ｊを傷つけないようにするため、表層の部材をフェルトやゴム等の弾性体としている。記録紙１ｈは、定着ローラ１ｂと加圧ローラ１ａにより形成されるニップに向かって下方から進入し、このニップ部において、記録紙１ｈ上のトナーは、所定の熱と圧力を与えられ、画像が定着させられた後、分離爪１ｃによりガイドされて、上方に搬送される。
【００１５】
図２は、本発明の加熱ローラ１ｄの構成を示す断面図である。
本発明において、加熱ローラ１ｄは芯金の材質としてアルミニウムを使用し、さらにローラ肉厚を０．８ｍｍ以下としている。
近年、省エネルギーに対する要求から、ウォームアップ時間を短くすることが要望されており、このウォームアップ時間を短くするためには、加熱ローラの肉厚を薄くする事が有効である。
しかし、このように加熱ローラの肉厚を薄くした場合、ローラ軸方向に熱が伝わりにくくなるため、温度ムラが生じやすくなるという問題が生じてくる。このような問題点を解決するために、本発明の加熱ローラ１ｄは、ローラの構成材料としてアルミニウムを使用している。芯金材料に、熱伝導性のよいアルミを使用することで、熱伝導性悪化による温度ムラの発生を防止することができる。
上記のような構成とすることで、本発明の加熱ローラ１ｄを使用した場合は、そのウォームアップ時間が短縮でき、なお且つ、ローラ肉厚を薄くしたことによって生じる温度ムラの発生を抑制することができる。
【００１６】
しかし、上記のように加熱ローラ１ｄにアルミニウムを使用した場合、アルミニウムは従来使用していた鉄等の材質と比較して柔らかいため、定着ベルト１ｊと当該加熱ローラ１ｄとの周速差によって、削れてしまうという問題がある。
上記のような、ベルトとの摩擦による加熱ローラの磨耗という問題を解決するため、従来より加熱ローラ１ｄ表面をコーティングするという手段がとられてきた。
このコーティング処理としては、例えばフッ素樹脂コーティングや、あるいはアルマイト処理といった方法がある。
【００１７】
しかし、上記コーティング処理のうち、フッ素樹脂コーティングの場合は、以下のような問題がある。
従来の加熱ローラ１ｄは、その肉厚が１．０〜２．０ｍｍと厚いため、加熱ローラの熱容量が大きく、従って加熱した場合の温度勾配が緩やかであった。即ち、元来その熱応答性が悪いために、コーティング材料としてフッ素樹脂を使用した場合と、アルマイト処理したものとで、その差が明確とならなかった。
これに対し、本発明の加熱ローラ１ｄは、その肉厚が薄いため、加熱されたローラは急峻な温度勾配をもち、表層の熱伝導性の差が顕著にあらわれる。このように、その表層の熱伝導性の差が顕著に現れる加熱ローラに、前記したフッ素樹脂をコートした場合、フッ素樹脂の熱伝導性の悪さに起因した熱応答性悪化の影響が大きく現れてくる。
熱応答性が悪くなると、特にウォームアップの早い加熱ローラの場合、温度を一定に保とうと制御しても温度リップルが大きくなる為、画像の定着性や光沢度が安定しなくなるという不具合がある。
【００１８】
そこで、本発明の加熱ローラ１ｄは、その表面処理としてアルマイト処理を行う。なお、本発明におけるアルマイト処理は、一般に行われているように、硫酸あるいは蓚酸等の電解液中で、陽極側にアルミ製品、陰極側に鉛板を設置して、電流を流すことにより、その処理加工を行う。また、このようにして得られるアルマイトは、電気の通った微細な孔が無数に空いているため、必要に応じて高温、高圧の水蒸気や熱湯中で処理し、この細孔を塞ぐ処理を施すことがある（封孔処理）。このように細孔を塞ぐ処理を施すことで、得られたアルマイトを腐食しにくくいものとする事ができる。
このように加熱ローラ１ｄにアルマイト処理を施したものは、先に述べた削れを防止することができる一方で、表層に施す材質を構成材質と同じアルミニウムとしているため、ローラ肉厚を０．８ｍｍ以下としていても、フッ素樹脂コーティングの場合のように加熱ローラ１ｄの熱応答性が劣化することがなく、良好な画像を得る事ができる。
【００１９】
このように、本発明の加熱ローラ１ｄは、その表面にアルマイト処理を施すことで、定着ベルト１ｊと加熱ローラ１ｄとの周速差に起因する削れ等の摩耗を防止することができ、かつ熱応答性の劣化のない構成としている。
特に、本発明の定着装置１は、その定着ベルト表面にテンションローラ１ｇを配し、これによりベルト１ｊの張力を適切な状態に保っているが、テンションローラ１ｇを設けたことで、その押圧により定着ベルト１ｊと加熱ローラ１ｄの接触面積（巻き付き量）が多くなり、上述した加熱ローラ１ｄと定着ベルト１ｊとの接触により生ずる摩耗がより起こりやすくなる。
しかし、本発明の加熱ローラ１ｄは、このようなローラ表面の摩耗の起こりやすい構成の定着装置１に備えられても、アルマイト処理を施されていることで、従来の加熱ローラと比べ削れ防止の機能が向上させられているため、ローラ表面の削れが防止され、良好な画像品質を維持することができる。
【００２０】
なお、本発明における加熱ローラに施すアルマイト皮膜の厚みは、１０〜５０μｍである。上記アルマイト層の厚さを５０μｍ以上とすると、特に薄肉の加熱ローラの場合は、加熱時に変形が生じてしまい、ローラ形状としての振れが大きくなってしまう。ローラ形状の振れが大きくなると、ベルトとの密着力が不安定になり、ベルト表面までの熱の伝わり方にばらつきが現れ、熱応答性が悪化する。一方、上記アルマイト層を１０μｍ以下とした場合は、耐久性に対し不利となってしまう。
なお、上記アルマイト層の厚みは、アルマイト処理時にかける電流とその処理時間により、上述の範囲内の厚さとなるように制御する。
【００２１】
上記のように、アルマイト層の厚さを所定値内とすることで、本発明の定着ローラ１ｄは、ローラ形状の変形を防止し、定着ベルト１ｊとの密着性を保つことができる。これにより、ベルト表面の温度の不安定化を防止することができる。
本発明の定着装置１は、上記したような加熱ローラ１ｄを備えることで、画像不良を発生することなく、また定着性や光沢度の安定した画像を提供できる定着装置とすることができる。
【００２２】
以下に、本発明の定着装置１を定着手段として備える画像形成装置について説明する。
図３は、本発明に係る画像形成装置の一例を示す概略構成図である。図中符号１００は複写装置本体、２００はそれを載せる給紙テーブル、３００は複写装置本体１００上に取り付けるスキャナ、４００はさらにその上に取り付ける原稿自動搬送装置（ＡＤＦ）である。
複写装置本体１００には、潜像担持体としての感光体４０の周囲に帯電、現像、クリーニング等の電子写真プロセスを実行する各手段を備えた画像形成手段１８を、４つ並列にしたタンデム型画像形成装置２０が備えられている。タンデム型画像形成装置２０の上部には、画像情報に基づいて感光体４０をレーザー光により露光し潜像を形成する露光装置２１が設けられている。また、タンデム型画像形成装置２０の各感光体４０と対向する位置には、無端状のベルト部材からなる中間転写ベルト１０が設けられている。中間転写ベルト１０を介して感光体４０と相対する位置には、感光体４０上に形成された各色のトナー像を中間転写ベルト１０に転写する一次転写手段６２が配置されている。
また、中間転写ベルト１０の下方には、中間転写ベルト１０上に重ね合わされたトナー像を、給紙テーブル２００より搬送されてくる転写紙に一括転写する二次転写装置２２が配置されている。二次転写装置２２は、２つのローラ２３間に、無端ベルトである二次転写ベルト２４を掛け渡して構成され、中間転写ベルト１０を介して支持ローラ１６に押し当てて配置し、中間転写ベルト１０上のトナー像を転写紙に転写する。二次転写装置２２の脇には、転写紙上の画像を定着する、本発明に係る定着装置１が設けられている。定着装置１は、無端ベルトである定着ベルト１ｊに、加圧ローラ１ａを押し当てて構成する。
上述した二次転写装置２２は、画像転写後の転写紙をこの定着装置２５へと搬送するシート搬送機能も備えている。もちろん、二次転写装置２２として、転写ローラや非接触のチャージャを配置してもよく、そのような場合は、このシート搬送機能を併せて備えることは難しくなる。
なお、図示例では、二次転写装置２２および定着装置１の下に、上述したタンデム画像形成装置２０と平行に、転写紙の両面に画像を記録すべく転写紙を反転する反転装置２８を備える。
【００２３】
画像形成手段１８の現像装置４には、上記のトナーを含んだ現像剤を用いる。現像装置４は、現像剤担持体が現像剤を担持、搬送して、感光体４０との対向位置において交互電界を印加して感光体４０上の潜像を現像する。交互電界を印加することで現像剤を活性化させ、トナーの帯電量分布をより狭くすることができ、現像性を向上させることができる。
【００２４】
また、上記現像装置４は、感光体４０と共に一体に支持され、画像形成装置本体に対し着脱自在に形成されるプロセスカートリッジとすることができる。このプロセスカートリッジは、この他に帯電手段、クリーニング手段を含んで構成してもよい。
【００２５】
上記の画像形成装置の動作は以下の通りである。
初めに、原稿自動搬送装置４００の原稿台３０上に原稿をセットする、または、原稿自動搬送装置４００を開いてスキャナ３００のコンタクトガラス３２上に原稿をセットし、原稿自動搬送装置４００を閉じてそれで押さえる。
そして、不図示のスタートスイッチを押すと、原稿自動搬送装置４００に原稿をセットしたときは、原稿を搬送してコンタクトガラス３２上へと移動して後、他方コンタクトガラス３２上に原稿をセットしたときは、直ちにスキャナ３００を駆動し、第一走行体３３および第二走行体３４を走行する。そして、第一走行体３３で光源から光を発射するとともに原稿面からの反射光をさらに反射して第二走行体３４に向け、第二走行体３４のミラーで反射して結像レンズ３５を通して読み取りセンサ３６に入れ、原稿内容を読み取る。
【００２６】
また、不図示のスタートスイッチを押すと、不図示の駆動モータで支持ローラ１４、１５、１６の１つを回転駆動して他の２つの支持ローラを従動回転し、中間転写ベルト１０を回転搬送する。同時に、個々の画像形成手段１８でその感光体４０を回転して各感光体４０上にそれぞれ、ブラック・イエロー・マゼンタ・シアンの単色画像を形成する。そして、中間転写ベルト１０の搬送とともに、それらの単色画像を順次転写して中間転写ベルト１０上に合成カラー画像を形成する。
【００２７】
一方、不図示のスタートスイッチを押すと、給紙テーブル２００の給紙ローラ４２の１つを選択回転し、ペーパーバンク４３に多段に備える給紙カセット４４の１つからシートを繰り出し、分離ローラ４５で１枚ずつ分離して給紙路４６に入れ、搬送ローラ４７で搬送して複写機本体１００内の給紙路４８に導き、レジストローラ４９に突き当てて止める。
または、給紙ローラ５０を回転して手差しトレイ５１上のシートを繰り出し、分離ローラ５２で１枚ずつ分離して手差し給紙路５３に入れ、同じくレジストローラ４９に突き当てて止める。
そして、中間転写ベルト１０上の合成カラー画像にタイミングを合わせてレジストローラ４９を回転し、中間転写ベルト１０と二次転写装置２２との間にシートを送り込み、二次転写装置２２で転写してシート上にカラー画像を記録する。
【００２８】
画像転写後のシートは、二次転写装置２２で搬送して、定着装置１へと送り込み、定着装置１で熱と圧力とを加えて転写画像を定着して後、切換爪５５で切り換えて排出ローラ５６で排出し、排紙トレイ５７上にスタックする。または、切換爪５５で切り換えてシート反転装置２８に入れ、そこで反転して再び転写位置へと導き、裏面にも画像を記録して後、排出ローラ５６で排紙トレイ５７上に排出する。
一方、画像転写後の中間転写ベルト１０は、中間転写ベルトクリーニング装置１７で、画像転写後に中間転写ベルト１０上に残留する残留トナーを除去し、タンデム画像形成装置２０による再度の画像形成に備える。
【００２９】
表１に、加熱ローラの芯金及び表層面厚みと、加熱ローラの耐摩耗性、熱応答性、及びウォームアップに要する時間との関係を示す。
表１に示すように、加熱ローラの芯金厚みが０．８ｍｍ以上であった場合は、ウォームアップ時間を長く要し、さらにその熱応答性は表面層をフッ素樹脂コートとしてもアルマイト被膜としても、差がみられなかった。
一方、芯金厚みを０．６ｍｍとすると、ウォームアップ時間は一律に短縮されたが、熱応答性については、フッ素樹脂をコートした場合とアルマイト処理を施した場合とで差が見られた。表１から、フッ素樹脂をコートした場合では熱応答性の改善がみられなかったが、一方アルマイト処理を施した場合は、熱応答性が良好となった。
なお、アルマイト被膜の厚みは、１０μｍ以下であると、耐摩耗性に劣るようになり、また５０μｍ以上であると、熱応答性が劣るようになる。
即ち、アルマイト被膜の厚みは、１０μｍ以下であると、被膜層厚が薄すぎるために耐久性が低下し、また層厚が深すぎると、加熱時に被膜層が変形し、ベルトとの密着が不安定となる。しかし、アルマイト被膜の層厚を本発明の範囲内とすることにより、耐摩耗性、及び熱応答性の双方に優れた加熱ローラとすることができる。
【００３０】
【表１】
2006146032.tif 000003
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の定着装置の構成を示す概略図である。
【図２】本発明の加熱ローラの構成を示す断面図である。
【図３】本発明に係る画像形成装置の一例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  定着装置
１ａ  加圧ローラ
１ｂ  定着ローラ
１ｃ  分離爪
１ｄ  加熱ローラ
１ｆ  ヒータ
１ｇ  テンションローラ
１ｈ  記録紙
１ｊ  定着ベルト
１ｋ  サーミスタ
２ａ  加熱ローラ
２ｂ  アルマイト層
４  現像装置
１０  中間転写ベルト（中間転写体）
１８  画像形成手段
２１  露光装置
２５  定着装置
４０  感光体（潜像担持体）
２２  二次転写装置
６２  一次転写手段
１００  複写装置本体
２００  給紙テーブル
３００  スキャナ
４００  原稿自動搬送装置
【図１】
2006146032.tif 000004
【図２】
2006146032.tif 000005
【図３】
2006146032.tif 000006